شماره ركورد
34822
پديد آورنده
محمدحسين قاسمي
عنوان
شبيهسازي و بهينهسازي عملكرد تصفيهخانه فولاد مباركه اصفهان و بررسي امكان استفاده از بيوراكتور غشايي به كمك نرمافزار GPS-X
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
رشته تحصيلي
مهندسي شيمي
سال تحصيل
1401 الي 1404
تاريخ دفاع
1404/07/28
استاد راهنما
دكتر تورج محمدي
استاد مشاور
نداشتم
دانشكده
مهندسي شيمي و نفت و گاز
چكيده
در اين پژوهش، شبيهسازي و بهينهسازي عملكرد تصفيهخانه فولاد مباركه اصفهان و بررسي امكان كاربرد بيوراكتور غشايي به كمك نرمافزار GPS-X انجام شد. هدف اين پژوهش توسعه و ارزيابي يك چارچوب مدلسازي و شبيهسازي بهمنظور تعيين و بهينهسازي شرايط عملياتي مؤثر بر كيفيت پساب و تحقق الزامات بازچرخاني آب ميباشد. يكي از چالشهاي اساسي اين تصفيهخانه، گرفتگي غشاهاي واحد اسمز معكوس است كه عمدتاً به دليل وجود آلايندههاي آلي محلول همانند كل كربن آلي، اكسيژن خواهي شيميايي و اكسيژن خواهي بيولوژيكي در جريان خوراك ورودي به اين واحد رخ ميدهد. در گام نخست، دادههاي ميداني و متغيرهاي كيفي جريان ورودي جمعآوري و مشخصات فرآيندي موجود مستندسازي گرديد. در ادامه، با مدلسازي، شبيهسازي و كاليبراسيون فرآيند تصفيه، شرايط بهرهبرداري بهينه تعيين و با توجه به توان بالاي بيوراكتور غشايي در حذف آلايندههاي آلي محلول، اين سامانه بهعنوان واحد پيشتصفيه جايگزين اولترافيلتراسيون در مدل مرجع گرديد. اعتبارسنجي مدل با استفاده از دادههاي ميداني انجام شد و نتايج حاكي از آن بود كه خطاي پيشبيني پارامترهاي اصلي شامل اكسيژنخواهي شيميايي، كل كربن آلي و اكسيژنخواهي بيولوژيكي در محدوده 10 تا 15 درصد قرار دارد كه نشاندهنده انطباق مناسب مدل با شرايط واقعي بهرهبرداري است. اين جايگزيني منجر به كاهش بار آلي محلول در ورودي واحد اسمز معكوس از قبيل كاهش اكسيژنخواهي شيميايي به ميزان حدود 82%، كاهش كل كربن آلي حدود 83% و كاهش اكسيژنمورد نياز بيولوژيكي تقريباً 90% ميشود كه در نهايت موجب كاهش ميزان گرفتگي غشاها و افزايش پايداري عملكرد واحد اسمز معكوس شد. در گام بعدي تحليل حساسيت بر روي متغيرهاي عملياتي و فيزيكي بيوراكتور غشايي شامل نوع و تعداد ماژولهاي غشايي، زمان ماند هيدروليكي، غلظت اكسيژن محلول، نسبت بازگشت جريان، ضريب آلفا، فشار جريان عبوري از غشا و زمان ماند لجن انجام گرفت تا تأثير هر يك بر عملكرد بيوراكتور و فرآيند تصفيه كلي مورد بررسي قرار گيرد. نتايج حاصل از خروجي اسمز معكوس نشان داد كه انتخاب صحيح متغيرهاي عملياتي و طراحي مناسب بيوراكتور غشايي ميتواند منجر به كاهش قابلتوجه متغيرهايي از جمله كل كربن آلي تا حدود 84%، اكسيژنخواهي شيميايي تا حدود 84% و اكسيژنخواهي بيولوژيكي تا حدود 90% نسبت به مدل اوليه گردد. اين بهبودها موجب ارتقاي كيفيت پساب، انطباق با استانداردهاي زيستمحيطي و افزايش كارايي و پايداري سامانه تصفيه ميشوند. در مجموع، نتايج نشان ميدهد بهكارگيري بيوراكتور غشايي ميتواند راهكاري مؤثر براي بهبود كيفيت پساب و افزايش قابليت بازچرخاني آب باشد.
تاريخ ورود اطلاعات
1405/02/24
عنوان به انگليسي
Simulation and Optimization of the Performance of the Mobarakeh Steel Wastewater Treatment Plant in Isfahan and Investigation of the Feasibility of Using a Membrane Bioreactor with the Aid of GPS-X Software
تاريخ بهره برداري
10/20/2026 12:00:00 AM
دانشجوي وارد كننده اطلاعات
محمدحسين قاسمي
چكيده به لاتين
In this study, the simulation and optimization of the performance of the Isfahan Mobarakeh Steel Company wastewater treatment plant and the feasibility of applying a membrane bioreactor (MBR) were conducted using the GPS-X software. The objective of this research was to develop and evaluate a modeling and simulation framework to identify and optimize operational conditions affecting effluent quality and achieving water reuse requirements. One of the main challenges of this treatment plant is the fouling of reverse osmosis (RO) membranes, primarily caused by the presence of dissolved organic pollutants such as total organic carbon (TOC), chemical oxygen demand (COD), and biochemical oxygen demand (BOD) in the feed stream to this unit.
In the first step, field data and qualitative characteristics of the influent stream were collected, and the existing process specifications were documented. Subsequently, through process modeling, simulation, and calibration, optimal operating conditions were determined. Given the high efficiency of membrane bioreactors in removing dissolved organic pollutants, this system was implemented as a pretreatment unit replacing ultrafiltration in the reference model. Model validation was performed using field data, and the results indicated that the prediction error for key parameters, including COD, TOC, and BOD, ranged from 10% to 15%, demonstrating a good agreement between the model and actual operational conditions.
This replacement led to a significant reduction in the dissolved organic load entering the RO unit, including approximately 82% reduction in COD, 83% reduction in TOC, and nearly 90% reduction in BOD, ultimately decreasing membrane fouling and enhancing RO unit operational stability. In the next step, a sensitivity analysis was conducted on the operational and physical variables of the MBR, including membrane module type and number, hydraulic retention time (HRT), dissolved oxygen concentration, recirculation ratio, alpha factor, transmembrane pressure (TMP), and sludge retention time (SRT), to evaluate the impact of each factor on MBR performance and overall treatment process efficiency.
The results from the RO effluent showed that appropriate selection of operational variables and proper MBR design could achieve significant reductions in parameters, including TOC by approximately 84%, COD by approximately 84%, and BOD by approximately 90% compared to the initial model. These improvements enhance effluent quality, ensure compliance with environmental standards, and increase the efficiency and stability of the treatment system. Overall, the results indicate that implementing a membrane bioreactor can be an effective strategy for improving effluent quality and enhancing water reuse potential.
كليدواژه هاي فارسي
تصفيه پساب , بيوراكتور غشايي , شبيهسازي , بهينهسازي فرآيند , گرفتگي غشا
كليدواژه هاي لاتين
Wastewater treatment , Membrane bioreactor , Simulation , Process Optimization , Membrane Fouling
Author
Mohammad Hosein Ghasemi
SuperVisor
Dr. Toraj mohammadi